当前位置:
文档之家› 介绍两种真实感图形实时绘制技术场景简化技术;基于图像
介绍两种真实感图形实时绘制技术场景简化技术;基于图像
Schrocde 等人提出的三角网格简化算法通过引入 一些局部判别准则来删除顶点或边,他们的局部判 别准则主要基于相邻面片和边界内部顶点v ,记其周围相邻面片集为S , 则 该点的平坦性标准由下述的距离来描述: d =|N· (v 一C )|
其中N为向量
的单位向量。
· 总之,层次细节简化技术的研究主要集中在: 建立不同层次细节的模型。对任意给定的复杂多边 形网格M ,由精细至粗糙建立一模型序列: M0,M1…Mn ,其中M0=Mn 。 建立相邻层次的多边形网格Mi,Mi+1(0<i<n)之间 :Mi Mi+1 的几何形状过渡:
· 从网格的几何及拓扑特性出发,存在着三种不同基 本化简操作,它们分别是: -顶点删除操作【 SCHR92 ] ,删除网格中的一个 项点,然后对它的相邻三角形形成的空洞作三角剖 分,以保持网格的拓扑一致性; 点删除
· 层次细节简化技术就是在不影响画面视觉效果的条 件下,通过逐次简化景物的表面细节来减少场景的 几何复杂性,从而提高绘制算法的效率。该技术通 常对一个原始多面体模型建立几个不同逼近程度的 几何模型。与原模型相比,每个模型均保留一定层 次的细节,当从近处观察物体时,我们采用精细的 模型,而当从远处观察物体时,则采用较粗糙的模 型。 · 当视点连续变化时,在两个不同层次的模型之间 就存在一个明显的跳跃,有必要在相邻层次的模型 之间形成光滑的视觉过渡,即:几何形状过渡 《 geomorphs )。
· 尽管现在的计算机硬件水平有了很大的提高,而且 对于这些真实感图形学算法的研究也有了很大的发 展,但是,满足某些需要实时图形显示的任务要求。 例如 一动态模拟 一实时交互的科学计算可视化 一虚拟现实系统
· 实时真实感图像学技术是在当前图形算法和硬件 条件的限制下提出的在一定的时间内完成真实感图 形图像绘制的技术。一般来说,它是通过损失一定 的图形质量来达到实时绘制真实感图像的目的。就 目前的技术而言,主要是通过降低显示三维场景模 型的复杂度来实现,这种技术被称为层次细节显示 和简化技术。
- 边压缩操作[H0PP93,96] ,把网格上的一条边 压缩为一个顶点,与该边相邻的两个三角形的退化 (面积为零),而它的两个项点融合为一个新的顶 点; 边删除
- 面片收缩操作[GIEN97 ] ,把网格上的一个面片 收缩为一个项点,该三角形本身和与其相邻的三个 三角形都退化,而它的三个顶点收缩为一个新的项 点。 面删除
这里,A(f),c(f),n(f)分别为三角面片的面 积、中心和法向量。
对边界顶点v ,记与它相邻的两个边界顶点为 V1、V2 则其平坦性标准定义为v 与v1与V2 连 线的距离。 SchroederW , ZargeJ 人and Lorensen WE , Decimation of triangle meshes , Computer Graph ics , 1992 , 26一2,65 一70 .
假设景物表面己离散为一系列三角形,顶点删除 算法首先从原始模型的顶点集中删除一些不重要的 顶点,同时从其面片集中删除与这些顶点相连的所 有面片。经上述操作后在原景物表面上留下了一些 空洞,算法然后对这些空洞进行局部三角剖分。由 于局部三角剖分产生的三角形数目少于删除掉的三 角片数目,因而新模型的.几何复杂性比原模型低。
•
层次细节简化的必要性 当场景中许多面片在屏幕上的投影小于一个象素, 我们可以合并这些可见面而不损失画面的视觉效果。 层次细节简化(LO D:Leve1 of Detais)技术就 是顺应这一潮流而发展起来的一种快速显示技术。 层次细节技术最初是为简化采样密集的多面体网格 物体.而设计的一种算法.这些复杂的多面体网格 往往通过激光扫描测距系统扫描真实三维物体而得 到.为真实反映原物体的表面变化.扫描过程中所 采取的采样点非常稠密.这为三维场景的存储/传 输/及绘制带来极大的困难.为此人们开始研究复 杂多面体网格的简化。
· 在最近的几年中,又出现了一种全新思想的真实感 图像生成技术一基于图像的绘制技术( Image Based Rondoring ) ,它利用已有的图像来生成不 同视点下的场景真实感图像,生成图像的速度和质 量都是以前的技术所不能比拟的,具有很高的应用 前景。
· 在虚拟环境中,若采用单个计算机来生成左右眼立 体显示画面,且生成左右眼画面的时间大致相等, 则每幅画面的绘制时间应少于1 / 48 秒。由于虚拟 环境中所涉及的场景常包含数十万甚至上百万个多 边形,而且场景模型还日趋复杂,用场景简化技术 来就加速真实感画面生成就成了近年来图形学的一 个热门话题。
属于同一类的顶点被合并为一代表点,而这些代表 顶点为原多面体所示景物的重新采样。基于原多面 体的拓扑结构价日这些采样点可重新产生一个多面 体。所得到的多面体即为保持一定层次细节的模型。 原多面体的包围盒剖分生成的子空间越小,所得到 的层次模型就越逼近于原多面体。 方法的主要缺点是顶点的合并导致了一些重要高频 细节的丢失。
介绍两种真实感图形实时绘制的技术 场景简化技术; 基于图像的图形绘制技术。
· 在真实感图形学中,我们用数学模型来表示真实世 界中的物理模型,可以很好的模拟出现实世界中的 复杂场景,所生成的真实感图像可以给人以高度逼 真的感觉。 · 但是,用这些模型生成一幅真实感图像都需要较长 的时间,尤其对于比较复杂的场景,绘制的时间甚 至可以达到数个小时。
1993 年,Rossignac和Borrel 提出一个实用的、 能实时建立LOD模型的多面体简化算法。 给定一个多面体M ,记K 为其拓扑,假设M 已三角 化。算法首先建立M 的长方体包围盒,并将该包围 盒所包围的空间均匀剖分成一系列的小长方体子空 间,然后采用各长方体子空间对景物顶点进行聚类 合并,位于同一长方体空间的顶点被归干同一类 (cluster )。